靜止變頻器

靜止變頻器主要由功率部分、控制部分、保護(hù)部分、電源部分及輔助設(shè)備等組成。

功率部分是靜止變頻器實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換的基本部件，主要由可控硅整流橋和逆變橋及平波電抗器組成，屬高壓部分；控制部分是靜止變頻器的核心控制部件，主要由高性能控制器、模擬量采集與脈沖觸發(fā)單元組成；保護(hù)部分包括控制器內(nèi)置保護(hù)和功率部分保護(hù)．其中控制器內(nèi)置保護(hù)屬快速保護(hù)，通常作為靜止變頻器的主保護(hù)，而功率部分保護(hù)通常作為前者的后備；電源部分包括控制器用控制電源、輔助設(shè)備用動(dòng)力電源、開(kāi)關(guān)設(shè)備用控制電源、保護(hù)裝置電源、照明與加熱器電源等；輔助設(shè)備主要指冷卻單元。

間接變頻裝置由整流器和逆變器組成，整流器先將工頻交流電源變換成直流電（AC/DC變換），逆變器再將直流電變換為電壓、頻率可控的交流電（DCAC變換），共同組成交-直-交變頻器。

按照不同的電壓控制方式，它又可分成三種類型。

靜止變頻器晶閘管可控整流型

如圖《晶閘管可控整流型》所示，是一種兩級(jí)變換（AC/DC-DC/AC）的可控整流的變頻裝置，它的整流器和逆變器均由晶閘管構(gòu)成，整流器通過(guò)晶閘管可控整流技術(shù)控制電源的電壓，逆變器控制電源的頻率。

該變頻裝置的特點(diǎn)是：

1、由于調(diào)壓和調(diào)頻分別在兩個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行，要求兩者在控制上很好地協(xié)調(diào)；

2、晶閘管可控整流的時(shí)間常數(shù)決定于工頻電源的頻率，動(dòng)態(tài)響應(yīng)無(wú)法改變；

3、晶閘管整流器能夠?qū)崿F(xiàn)功率的雙向傳遞，即在電機(jī)制動(dòng)時(shí)能夠?qū)㈦娔芑仞侂娋W(wǎng)；

4、可選用特大功率的晶閘管器件，適用于大功率的交流調(diào)速系統(tǒng)。

靜止變頻器直流電壓斬波控制型

如圖《直流電壓斬波控制型》所示，是一種三級(jí)變換（AC/DC-DC/DC-DC/AC）的變頻裝置，它用二極管實(shí)現(xiàn)不控整流（AC/DC），在直流環(huán)節(jié)增加斬波器來(lái)調(diào)節(jié)電壓（DC/DC），再由逆變器完成頻率的控制（DC/AC）。

該變頻器的特點(diǎn)是：

1、需要增加一個(gè)斬波環(huán)節(jié)，增加了電路的復(fù)雜程度和功率損耗；

2、由于斬波器的斬波頻率比較高，控制電壓時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較好；

3、調(diào)壓和調(diào)頻也是分別在兩個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行，要求兩者在控制上很好地配合；

4、二極管不控整流電路不能使電能回饋電網(wǎng)，電機(jī)快速制動(dòng)時(shí)需要增加制動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)。

靜止變頻器脈寬調(diào)制控制型

如圖《脈寬調(diào)制控制型》所示，是另一種兩級(jí)變換（AC/DC-DC/AC）結(jié)構(gòu)的變頻裝置，它采用二極管實(shí)現(xiàn)不控整流（AC/DC），逆變器（DC/AC）采用功率開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)SPWM的控制方法，同時(shí)進(jìn)行輸出電壓和頻率的控制。

該變頻器的特點(diǎn)是：

1、在逆變器上同時(shí)控制電壓與頻率，很容易實(shí)現(xiàn)兩者的協(xié)調(diào)控制；

2、采用脈寬調(diào)制技術(shù)，有很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能；

3、采用正弦脈寬調(diào)制方法時(shí)，可以使變頻器輸出電壓諧波大大減少，使電動(dòng)機(jī)工作性能得到改善；

4、二極管不控整流電路不能使電能回饋電網(wǎng)，當(dāng)電機(jī)快速制動(dòng)時(shí)需要增加制動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)。

靜止變頻器是由半導(dǎo)體功率元件、直流電抗器等設(shè)備組成的具有一定功率的非旋轉(zhuǎn)電機(jī)式頻率變換器，是利用可控硅的通斷作用將工頻電源變換為可變頻率的電能控制裝置。半導(dǎo)體功率元件主要有可控硅或IGBT（MOSFET與雙極晶體管的復(fù)合器件）等大功率元件。

靜止變頻器是抽水蓄能機(jī)組泵工況啟動(dòng)的首選拖動(dòng)設(shè)備，它既可將發(fā)電電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)平穩(wěn)地拖動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速，義可靈活地將發(fā)電電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速。因此特別適用于作為容量大、臺(tái)數(shù)多的大型抽水蓄能電站機(jī)組泵工況啟動(dòng)的拖動(dòng)設(shè)備。靜態(tài)變頻器還可以應(yīng)用于其他許多領(lǐng)域，如冶金、船舶、艦艇等，它的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)級(jí)變速、啟動(dòng)平穩(wěn)、反應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精度高，具有很強(qiáng)的自診斷能力。

直接變頻裝置能夠?qū)⒐ゎl交流電一次變換成頻率可控的交流電，沒(méi)有中問(wèn)直流環(huán)節(jié)，即所謂交-交（AC/AC）變頻器。

直接變頻裝置的工作原理如圖《工作原理》所示，當(dāng)變頻器某相希望輸出正向電壓時(shí)，則該相的正組整流器工作，而當(dāng)希望輸出反向電壓時(shí)，則該相的反組整流器工作。這樣每相的正、反兩組整流器按一定周期相互切換，在負(fù)載上就獲得交變的輸出電壓，其頻率決定于兩組整流裝置的切換頻率。輸出電壓的幅值決定于各組整流裝置的控制角α，如果控制角α按照正弦規(guī)律變化，則輸出平均電壓就是正弦波。

晶閘管實(shí)現(xiàn)的交-交變頻器的特點(diǎn)是：

1、交-交變頻裝置的單相需要6個(gè)晶閘管元件，三相變頻裝置共需36個(gè)晶閘管元件（當(dāng)每一橋臂只用一個(gè)元件時(shí)），若采用零式電路，也需要18個(gè)元件。因此，交一交變頻裝置雖然在結(jié)構(gòu)上只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，省去中間直流環(huán)節(jié)，但所用元件數(shù)量更多，總設(shè)備相當(dāng)龐大。

2、電壓反向時(shí)最快也只能沿著電源電壓的正弦波形變化。所以最高輸 出頻率不超過(guò)電網(wǎng)頻率的1/3~1/2（視整流相數(shù)而定），否則輸出波形畸變太大，將影響變頻調(diào)速系統(tǒng)的正常工作。

鑒于上述原因，該交-交變頻器只用于低轉(zhuǎn)速、大容量的交流調(diào)速系統(tǒng)，如軋鋼機(jī)、球磨機(jī)、水泥回轉(zhuǎn)窯等。

序一

序二

前言

第一章 概述 1

第一節(jié) 靜止變頻器工作原理

第二節(jié) 靜止變頻器組成 5

第三節(jié) 靜止變頻器發(fā)展及現(xiàn)狀 10

第二章 靜止變頻器設(shè)計(jì) 15

第一節(jié) 性能指標(biāo) 15

第二節(jié) 拖動(dòng)功率設(shè)計(jì) 21

第三節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23

第四節(jié) 控制器 39

第五節(jié) 功率柜 51

第六節(jié) 電抗器 77

第七節(jié) 輸入、輸出變壓器 80

第八節(jié) 其他設(shè)備 83

第三章 靜止變頻器控制 85

第一節(jié) 運(yùn)行模式 85

第二節(jié) 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè) 86

第三節(jié) 換相控制 94

第四節(jié) 閉環(huán)控制 100

第五節(jié) 勵(lì)磁控制 108

第六節(jié) 并網(wǎng)控制 111

第七節(jié) 控制流程 112

第四章 靜止變頻器試驗(yàn) 123

第一節(jié) 試驗(yàn)分類及要求 123

第二節(jié) 功率橋試驗(yàn) 128

第三節(jié) 控制器試驗(yàn) 133

第四節(jié) 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn) 137

第五節(jié) 仿真試驗(yàn) 143

第五章 靜止變頻器運(yùn)行操作及維護(hù) 153

第一節(jié) 靜止變頻器運(yùn)行操作 153

第二節(jié) 靜止變頻器維護(hù) 160

第六章 抽水蓄能電站機(jī)組啟動(dòng)方式展望 164

第七章 工程應(yīng)用案例 178

附錄犃 術(shù)語(yǔ) 199

附錄犅 型式試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及定期試驗(yàn)項(xiàng)目 201

參考文獻(xiàn) 2062100433B

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和電力工業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)抽水蓄能事業(yè)取得了非凡成就，尤其在抽水蓄能機(jī)組自主化方面，積累了很多成功經(jīng)驗(yàn)。為了全面展示抽水蓄能機(jī)組自主化工作成就，提高抽水蓄能設(shè)備研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)維水平，促進(jìn)我國(guó)抽水蓄能領(lǐng)域技術(shù)人才培養(yǎng)，滿足我國(guó)當(dāng)前抽水蓄能事業(yè)快速發(fā)展的需要，國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司組織編寫了《抽水蓄能機(jī)組及其輔助設(shè)備技術(shù)》叢書，共8個(gè)分冊(cè)，本叢書填補(bǔ)了同類技術(shù)書籍的市場(chǎng)空白。

《抽水蓄能機(jī)組及其輔助設(shè)備技術(shù)：靜止變頻器》是靜止變頻器分冊(cè)。主要對(duì)抽水蓄能電站機(jī)組啟動(dòng)用晶閘管電流源型靜止變頻器的發(fā)展及國(guó)產(chǎn)化情況、工作原理、系統(tǒng)組成等進(jìn)行了介紹，對(duì)靜止變頻器的性能指標(biāo)及主要設(shè)備的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)，并給出了工程算例，對(duì)靜止變頻器的控制器硬件、軟件組成、運(yùn)行模式控制、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)、閉環(huán)控制、勵(lì)磁按制、并網(wǎng)控制及流程控制等進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)靜止變頻器的試驗(yàn)分類、試驗(yàn)方法、日常運(yùn)行與維護(hù)進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)抽水蓄能電站定速機(jī)組及交流勵(lì)磁可變速機(jī)組的啟動(dòng)方式進(jìn)行了展望，最后對(duì)我國(guó)抽水蓄能電站若干典型靜止變頻器工程的設(shè)備主接線、參數(shù)、組屏及運(yùn)行情況進(jìn)行了收集整理。

《抽水蓄能機(jī)組及其輔助設(shè)備技術(shù)：靜止變頻器》適合從事抽水蓄能行業(yè)研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)維等專業(yè)技術(shù)人員閱讀，同時(shí)也可供相關(guān)科研技術(shù)人員和大專院校師生參考使用。